殺手的演化：蜘蛛毒液從何而來？

新浪科技訊 北京時間6月18日消息，據國外媒體報導，蜘蛛長有8條腿，複數的眼睛，身體覆蓋幾丁質外骨骼，在腹部中間或下端還能紡出各種各樣的蛛絲，而最不可思議的是，蜘蛛具有非常特別的毒液。利用具有小 、孔的尖牙，蜘蛛將毒液注入獵物體內，直接關閉獵物的中樞神經系統，使它們麻痹或死亡。緊接，蜘蛛就可以將獵物的內臟化為糊狀物，然后吸食享用。

多年以來，蜘蛛的毒液起源問題一直令生物學家感到困惑。與蛇和蜥蜴的毒液不同，蜘蛛、蜈蚣等節肢動物的毒液究竟從何而來，至今依然是科學上的不解之謎。蛇與蜥蜴的毒液在演化上都可以追溯到單一的物種，而節肢動物的毒液則涉及到多個祖先，相似的化學毒素來 自多個不同的遺傳路徑。弄明白這些路徑不僅具有學術意義，而且可以利用毒液中的化學物質進行新型殺蟲劑和新型藥物的研發。在近日的《結構》（Structure）雜誌中，科學家發表了一項新的研究結果，對幾種節肢動物（包括蜘蛛和蜈蚣）的毒液謎題進行了解答。

當談到毒液的時候，我們其實是指這些毒液中含有的有毒化學物質。麻省大學洛威爾分校的演化生物學家傑西卡·加爾布（Jessica Garb）：“從生物化學組成上，它們非常複雜。”加爾布並非上述新研究的作者，但毒素研究是她的專長。更 確切地，毒素可以是蛋白質、（短鏈的胺基酸），也可以是其他攻擊其他生命體細胞功能的分子。（科學家仍然在研究毒液中其他成分的功能，有些或許是用來 軟化組織，以使毒素髮揮作用。我們還無法判斷這些成分是否就是蜘蛛用來消化獵物內髒的那些。）

研究者普遍認為，毒素會侵入神經細胞外部的特殊結構，這些結構原本是用於與其他神經元——以及肌肉和 器官——進行交流的。這些結構對於生物體的正常運作有重要意義，通過離子通道的開合，細胞內部物質得以流出外部；而利用受體的運輸，外界環境中的分子也能 進入細胞內部。然而，毒液侵入了這一網絡，終止了細胞之間的通訊，結果便導致生物體麻痹和死亡。

在節肢動物中，由於毒素分子摺疊的方式，使得對毒液起源的追溯變得困難起來。不過，就在不久之前，科學家發現蜘蛛毒液中的毒素其實是一個更大的生物學家族的一部分，這些物質最初是在甲殼類——螃蟹和龍蝦等——體內發現的。

從生物學特徵上，我們似乎很難找到蜘蛛和螃蟹的聯繫，但它們實際上是相當近的親戚。“離子轉運/甲殼動物高血糖激素”控制諸如蛻、眼柄生長和器官發育等過程。在人類和其他脊椎動物中，類似的激素控制細胞和器官內部液體的相對濃度，以及胰島素的釋放。胰島素能將碳水化合物轉化成糖。

這也正是新研究的切入點。問題在於，這些有益的、消化糖類的激素如何變成了毒素？研究中，科學家利用DNA重組技術，對一個進行了追蹤。研究作者、昆士蘭大學的結構生物學家格倫·金（Glenn King）：“我們只是利用大腸桿菌對本地蜘蛛和蜈蚣的毒素進行了複製。”他們利用先進的顯微放大技術進行結構分析，確定這種毒素與天然生的毒素完全一致。他們還在銅綠蠅身上進行了測試，表明重組得到的毒素具有同樣的效力。

蜘蛛和蜈蚣的毒素只分享了22%相同的遺傳源材料，但它們卻具有相同的結構和功能。正因為這些毒素如此特別，科學家將它們歸入一個新的類別：HAND毒素。HAND是Helical Arthropod-Neuropeptide-Derived的縮寫。在遺傳學水平上，HAND毒素由於缺少一個單螺旋鍵，從而與ITP/CHH毒素區別開來。

加爾布：“問題是，我們不知道這些HAND毒素起作用的特殊機制。”受到毒素攻擊的細胞表面結構還很難進行觀察，因此科學家可能還需要相當長時間，才能弄明白其中的過程。不過，隨研究者對遺傳結構的探索越來越深入，他們或許能很快搞清楚毒素從哪裏來。

科學家在多種蜘蛛和蜈蚣體內搜尋HAND毒素及其前體激素的蹤跡。針對每個生物家族中的不同物種，科學家對是否存在某一種或某兩種激素的情況進行了分析，然后比較各個物種之間的演化關係。最終，他們計算出了HAND毒素的前體激素變成致命武器的大概時間。

科學家認為，這一轉變（在蜘蛛和蜈蚣體內）發生在過去1.4億年間的某個時期（大約相當於有花植物出現，及長脖子的蜥腳類恐龍在地球上漫步的時候）。HAND毒素的激素前體——ITP/CHH——的起源則有較大差異，蜘蛛體內的ITP/CHH大約在4.1億年前出現，而蜈蚣體內的出現於2.5億年前。

“我們的工作顯示，數億年前，蜘蛛和蜈蚣將（前體）激素放入了毒液之中，”格倫·金寫道，“我們不知 道為什麼。”一個理論稱，祖先物種的一些成員具有了這些前體激素，它們的叮咬會對獵物造成傷害。隨時間推移，這種激素的毒性變得越來越強，“它們不再具 有最初的激素功能，而是變成了強力的神經毒素。”我們並不知道這些無毒的激素如何變成毒素，但隨顯微鏡學等技術的發展，生物學家或許能更進一步觀察到細 胞離子通道和受體的結構，從而給出問題的答案。

了解蜘蛛和蜈蚣的毒素如何起作用還將有助於人類的醫學發展。藥理學家已經發現，蜘蛛毒液所作用的離子 通道，很可能正是用來治療疼痛、癲癇、躁郁症和抑鬱症等疾病的靶心。另一方面，想到長時間的演化壓力能將一種無害的代謝化學物質轉變成神經毒素，實也是 十分奇妙的事情。（任天）